L’énergie nucléaire

Jean-François Le Maréchal

Cours du 11 octobre 1999

 

  1. Position scientifique ou citoyenne
  2. Qu’est ce qu’une position citoyenne : décision en fonction des paramètres important pour chacun. ce que ça me coûte, les valeurs morales auxquelles je crois, les engagement politique et professionnel, l’image que je me fais de l’avenir à cour terme (1 an), moyen terme (5 ans) long terme (30 ans et plus), pour l’avenir de notre civilisation (100 à 1000 ans).

    Qu’est ce qu’une position scientifique. C’est une étude des chiffres connus et leur interprétation avec les modèles mathématiques, physique, chimiques, biologiques connus.

    On peut être contre une situation scientifiquement inattaquable, parce que l’on croit à certaines valeur que l’on sait non prise en compte scientifiquement.

  3. Le nucléaire et l’homme
    1. Marie Curie (1867-1934)
    2. Probablement la première personne de l’humanité à avoir succombé aux effet de la radioactivité (leucémie)

      .

      C’est une étudiante polonaise (Marie Sklodowska) qui a fait ses études avec Pierre Curie.

      Elle obtient le prix Nobel de physique qu’elle partage avec son marie (1903).

      Elle obtient le prix Nobel de chimie (seul) en 1911.

      Sa fille (Irène) obtient le prix Nobel de chimie avec Frédéric Joliot son mari en 1935.

      La radioactivité de l’uranium avait été découverte par H. Becquerel.

      Rayons X découverts par Roentgen.

      Marie Curie étudie les rayons uraniques. Elle isole le polonium en 1989 puis le radium. Il faut traiter des quantités importantes de minerai pour en extraire des traces d’éléments radioactifs. Elle suit toutes ces extractions avec l’électromètre de Pierre Curie. (1 t de pechblende -> 0,2 g de Ra). Marie Curie, outre la mise au point d’une technique très générale de travail avec les radio-isotopes, a compris et démontré la propriété fondamentale des radio-isotopes (les isotopes n’était pas connus à l’époque), qu’un noyau de radium se transforme en autre chose que du radium. C’est une violation de la loi sur la conservation des éléments chimiques.

    3. Hiroshima (1945)
    4. Contexte de la guerre, les difficultés militaires des US, l’avance technologique et scientifique importante, en particulier sur la production de U235.

      9/3/45 : 300 avions lancent chacun 8 t de bombes incendiaires sur Tokyo entre 0 et 3 h du mat : 150000 morts

      9/8/45 1 avion lâche 1 bombe de 4,5 t sur Hiroshima : 150000 morts.

      Le choix de la ville. 40 000 soldats, 400 000 habitants concentrés, accès et dégagement rapide pour l’avion.

      L’observation du cataclysme. 300 000 K à 500 m d’altitude, 3 000 °C au sol, un cours instant ; tout a brûlé sur 2000 m. Jusqu’à 1200 m tous morts, au delà, suivant l’éloignement brûle de - en - grave. Aujourd’hui encore, l’occurrence de leucémie est supérieure à Hiroshima.

      Le secours US, et les informations essentielles obtenus par les US.

    5. Tchernobyl (26/4/1986)
    6. Suite à une opération sur des circuits électriques, ébullition de l’eau de refroidissement, température augmente, 1 explosion, destruction partielle, 2e explosion, 5t de combustibles projetés dans l’atmosphère. Les sauveteurs sont gravement irradiés.

      50 000 000 de Ci sont rejetés dans l’atm.

      5 000 t de sable et 70 t de Pb sont largués sur le réacteur en feu, par hélicoptère, puis 6 000 000 t de béton -> sarcophage.

      Le 22/9/86, le n° 1 est remis en service.

      Nuage radioactif, Cs134 et 137, I131, Mo99, Ru103, Ce144, La140. Retombés radioactives importantes en Ukraine, mais le nuage a fait le tour de la Terre;

      Personnes exposées 4 000 000 , personnes irradiées 1 500 000, suivis médicaux 135 000 personnes. 10 000 morts parmi les 650 000 liquidateurs, 30 000 invalides à vie.

       

    7. Pourquoi des hommes et des femmes sont mortes
  4. D’où vient l’énergie atomique
    1. La structure de l’atome
    2. Les isotopes
    3. Les isotopes radioactifs
    4. Se désintègrent (Lavoisier n’est plus suivi)

      Désintégration aléatoire

      loi : quantité de désintégration par seconde = quantité de radio-isotopes dans l’échantillon / période (propre au radio-isotope).

      Les périodes sont connues :

      T va du milliardième de seconde au milliards d’années

    5. Energie contrôlée et bombe
  5. D’où viennent les isotopes radioactifs
    1. Nucléosynthèse
    2. naturelle : chaîne radioactive

      supernova

      accélerateur de particules

    3. Séparation isotopique

    Difficultés

    Quelques principes de séparation

    Procédé de diffusion

  6. Risques
    1. Unités de mesure des radiations
    2. radiation , a, b, g.

      1 émission par seconde, quelques soit la nature du rayonnement = 1 Bq (1Ci = 3,7.1010 Bq)

      certaines émissions sont + ou - énergétique. le Gray : 1Gy = 1 J par kg.

      La matière absorbe + ou - = E absorbée par la matière : W.H La dose est en sievert (Sv). la moelle osseuse est + réceptive que la peau ou la thyroïde.

      Dose moyenne annuelle naturelle : 2,4 mSv.

    3. Risques radiologiques

La radioactivité est à la source de cancers, par exemple de leucémies.

Une cellule normale irradiée peut devenir cancéreuse. Son ADN a donc été modifiée. Comment ?

L’ADN est une molécule géante constituée de 2 brins enroulés. Chaque brin est déjà une molécule géante. Un brin d’ADN est constitué d’une succession d’unités sucre-phophate (S-P-S-P-S-P...) Sur chaque sucre est accroché une des 4 bases (C, T, A ou G). C’est la succession des bases qui constitue le code génétique. L’ADN est modifié par les rayonnements ionisants de plusieurs façons, par ex :

L’ADN modifiée peut être réparée ; les cellules ont le moyen de réparer l’ADN. S’il y a eu trop de modifications, le système SOS est débordé et la cellule se dupliquera avant que la réparation ait pu avoir lieu. Le code génétique est perdu pour les cellules filles. Cette modification peut conduite à une cellule immortelle (cancéreuse).

note : les autres facteurs de cancérisation sont : l’hérédité (20%), le déséquilibre alimentaire (30%), le tabac 30%), l’alcool (6%), les UV (9%), ...En fonctionnement ordinaire, les RI sont à l’origine de moins de 1% des cancers. En fonctionnement anormal, ils sont à l’origine de 100% des cancers (Hiroshima, Tchernobyl).

Le fait qu’un radio isotope ait été absorbé fait que 100% du rayonnement ionisant va être capté par l’organisme, alors qu’à l’extérieur du corps, le rayonnement est arrêté par l’air, par l’emballage, par la peau...

    1. Risques chimiques
    2. De nombreuses isotopes radioactifs, sont également des poisons chimiques. Cela veut dire que leur isotope non radioactif, s’il existe, est également un poison.

    3. Protection contre les RI

L’écran :

Protection contre les vecteurs de substance radioactives :

Surveillance : film dosimètre, examens médicaux

Décontamination : externe -> lavage

  1. Utilisation autres des radio-isotopes
    1. Utilisation médicale
      1. curative
      2. La radiothérapie. On s’arrange pour que le rayonnement détruise surtout des cellules cancéreuses. Mais des cellules saines également sont détruites. On envoie des doses de l’ordre de 10 Sv.

        Sources :

        externes : cobalt radioactif, accélérateur, RX

        scellée interne : fil d’iridium192 implanté dans la tumeur

        intérieur à la cellule à détruire ; métabolisation d’iode 131.

      3. Examens médicaux (suivant le principe de Becquerel)
      4. Radiographie 0,60 mSv

        Scintigraphie 0,24 à 23 mSv suivant les examens

      5. Recherche médicale et biologique
      6. Le traçage permet de comprendre les mécanismes de fonctionnemet des être vivants

      7. Stérilisation et décontamination

      On peut stériliser directement dans l’emballage (objets chirurgicaux, seringues...)

    2. Utilisation non médicale
      1. Ionisation des gaz
      2. Elimination de l’électricité statique

        Détection des fumées

      3. Analyse
      1. Datation (préhistorique, des roches)
      2. Cas du 14C. Son origine et son incorporation dans les êtres vivants, sa désintégration (T = 6000, ans).

        quantité de désintégration par seconde = quantité de radio-isotopes dans l’échantillon / période (propre au radio-isotope).

      3. Conservation d’objets anciens
      4. Suppression des micro-organismes, agents destructeurs

        Toutankamon, iradié à Saclay dans la pile nucléaire de l’ORIS (années 1960)

      5. Greffage surfacique de polymères

L’irradiation en surface rend chimiquement active la surface du polymlère, d’où sa modification possible.

Traitement de surface (biocompatibilité).

Les déchets et l’aspect énergétique seront traité dans le cours de physique.

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